頂層含有摩天輪的特殊建筑人員應急疏散能力分析

摘要：為確保屋頂層具有摩天輪的商業綜合樓在緊急情況下的人員疏散安全性，基于Agent-based社會力模型，采用仿真工具Pathfinder，開展某屋頂層含摩天輪的商業綜合體人員疏散模擬。根據規范和建成建筑信息，設置各區域的人員參數與數量，開展應急疏散模擬。研究得出，摩天輪區域設置單獨的疏散通道逃生，可以有效緩解整個建筑的疏散壓力，各層人員可在限定時間內到達安全區域，因摩天輪乘坐人員需等轎廂到達登梯平臺，人員疏散用時最長為973s。

關鍵詞：摩天輪；疏散模擬；安全時間；優化措施

隨著建筑功能及美學設計的多樣性發展，單體建筑綜合樓的結構越來越復雜，不僅豐富了城市生活，也給火災、地震等緊急事故狀態下的人員疏散帶來更大挑戰[1]。在此背景下，研究屋頂層具有摩天輪的商業綜合樓在緊急情況下的人員應急疏散效率，并探索有效措施以縮短疏散時間，成為重要的研究方向。

對于復雜建筑人員疏散影響因素，李晨旭等人[2]提出疏散時間隨高層人員居住密度的降低而降低。朱前坤等人[3]研究得出教學樓人員疏散最重要的影響因素是通道口處堵塞。王梓楠等人[4]也得出同樣的結果，在緊急疏散過程中，應該增加疏散樓梯寬度，加強尋路標識等。張興忠[5]通過對高層建筑的消防滅火救援難點進行重點研究。張明振等人[6]研究了超高層建筑人員緊急疏散特征，分為搶占、逆行、沖動、慣性、僥幸共五種行為。常悅等人[7]通過研究學生宿舍人員緊急疏散分析，得出樓梯應分布在標準層和防火分區，并且要分散布置。基于以上疏散研究結果，主要針對的是單一傳統建筑人員緊急疏散策略，對于屋頂層具有摩天輪游覽設施的商業綜合樓緊急疏散的研究分析較少。

因此，本文基于Agent-based社會力模型，采用三維動態仿真軟件Pathfinder，構建了某頂層具有摩天輪的商業綜合體人員疏散模型。鑒于火災是應急疏散中出現概率較大且危險的情況，本研究考慮火災狀態下的疏散模擬，旨在分析緊急疏散的復雜情況下，人員安全疏散時間是否能夠得到保障，并對比其疏散結果，給出優化措施。

1 模型建立

1.1 建筑概況

某已建成屋頂層含摩天輪的綜合樓占地面積5007.28m2，總建筑面積64252.43m2，地上建筑面積46486.15m2，建筑高度為49.55m，屬于一類高層民用建筑。地上共10層，為商業功能，其中1層層高為5.1m，2～10層層高為4.9m，機房層層高3.3m。摩天輪登梯平臺位于9層樓面，9層屋外單獨設置有一處摩天輪登梯平臺，見圖1。

1.2 疏散場景

因地下和地上具有單獨的疏散出口，火災情況下的人員緊急疏散，只考慮地上部分的10層商業區和頂層摩天輪區。地上10層商業部分內設有自動噴水滅火系統，每層樓設置兩個防火分區，每個防火分區至少設2個出口，出口之間的距離均超過5m，滿足疏散距離要求，其中1層具有多個直通室外的出口，滿足疏散寬度的要求。2～3層疏散出口在各層的相對位置一致，每個防火分區均設置三處疏散出口，4～10層疏散出口在各層的相對位置一致，每個防火分區分別設有兩個疏散出口。頂層摩天輪功能區具有獨立的疏散樓梯的特殊情況，每個防火分區最遠點至最近安全出口的距離小于37.5m。通過對綜合樓和摩天輪的人數設計，根據最不利原則，地上10層商業區域的疏散總人數為15433人，9層設置摩天輪登梯平臺，摩天輪轉一圈所需時間為12min，摩天輪轎廂數為30，運載定員為6×30=180人，因此，在設置疏散時考慮為滿員的情況，因此全樓疏散的總人數為15613人，見表1。考慮以上特殊情況，選擇人員負荷最大的情況模擬。

2 基于Pathfinder的疏散人員安全性分析

Pathfinder是由美國Thunderhead Engineering 公司開發的一款基于Agent-based的智能人員緊急疏散逃生評估仿真系統，主要用于建筑防災系統優化設計、災難逃生科學研究、人員災難疏散模擬訓練。在軟件中建立的3D模型還原了建筑的幾何結構，包括房間、門、樓梯、出口等，由于人員密度會對人群的擁擠狀態有影響，進而動態調整人員在不同位置的行走速度。通過定義每個模擬人員的個體參數來實現模擬過程中的各自獨特的逃生路徑和時間預測，適用于大型復雜建筑物的逃生分析。

2.1 人員參數確定

由于不同年齡段的人員類型行走速度不同，最終導致疏散時間變化。因此，本項目中依據人員類型設定人員的行走速度，見表2。

2.2 人員疏散安全時間確定

本研究人員疏散場景考慮為火災緊急疏散，根據GB51251—2017《建筑防煙排煙系統技術標準》第4.6.7條規定，火源最大熱釋放速率為1.5MW，確定為t2快速增長火源，達到最大熱釋放速率的時間為185s。探測與報警時間取60s；通過打開實時引導的應急廣播系統，疏散人員處于清醒狀態，易于識別火災報警并找到最近的安全疏散路線，人員識別火災時間取90s，本商業區通過嚴格管理，及時組織人員疏散，取反應時間30s，疏散開始時間合計為180s。每一層樓的火源分別考慮機械排煙和不利條件導致機械排煙失效使用自然排煙的情況，同時考慮最不利條件，設置一層發生火災，各層防火卷簾失效的情況，分析人員安全疏散時間。

最后考慮到發生火情疏散過程中的不確定性，增加安全余量時間（Ts），通常取不小于0.1倍的疏散行動時間。必需疏散時間RSET=疏散至樓梯前室時間+Ts。火災時人員緊急疏散過程與火災發展過程的關系見圖2。

2.3 模擬結果分析

考慮人數最多的L1層進行模擬分析。疏散開始，疏散人員選擇就近的安全出口進行疏散。疏散行動時間30s時，L1層第一防火分區人員集中在樓梯前室窄口處，第二防火分區由于面積過大，還有一部分人員未疏散至樓梯前室。疏散行動時間60s時，第一防火分區仍有部分人員擁擠在樓梯前室，第二防火分區人員已經全部進入安全出口區域。疏散行動時間80s時，第一防火分區仍然有部分人員未進入安全出口區域。疏散行動時間89.7s時，L1層所有人員均進入安全出口區域，見圖3。可知模擬計算得到L1疏散行動時間為89.7s。疏散時間計算時，行動時間乘以1.1倍安全系數。因此L1層的疏散時間RSET=89.7×1.1+180=278.67s。

考慮到該建筑頂層存在摩天輪，緊急情況下，摩天輪需旋轉到登梯臺位置，人員才能離開轎廂向安全區域疏散，見圖4。疏散行動時間200.7s時，摩天輪平臺獨立疏散樓梯進行緊急疏散的人員已經到達L1層安全出口區域。由于摩天輪旋轉一圈需要12min，所以仍有大量的人員擁擠在平臺區域。疏散行動時間600s時，摩天輪平臺仍有少數滯留人員，一直到疏散行動時間720.9s時，摩天輪區域所有人員均離開平臺，進入疏散樓梯安全區域。可知模擬計算得到摩天輪區域疏散行動時間為720.9s。考慮安全余量，摩天輪區域的疏散時間為RSET=720.9×1.1+180=972.99s。

針對表1中工況的設置，得到各樓層的疏散行動時間，見圖5。頂層所有人員疏散至樓梯前室的時間為314.8s，主要原因是頂層樓梯疏散區域以上不存在向下人員的擠占，向下樓層因需要等待較低層人員進入樓梯間，所以除開頂層區域，樓層越高，人員疏散至樓梯前室時間越長。摩天輪疏散至樓梯前室時間720.9s，主要原因是摩天輪共有轎廂30個，其旋轉一圈所需時間為12min，當轎廂旋轉至最低處時，疏散人員才能離開轎廂到達摩天輪平臺進入到疏散樓梯區域。最后一個轎廂人員到達登梯臺時間較晚，所以摩天輪區域人員疏散至樓梯前室時間最長，但摩天輪人員疏散時間小于全樓疏散時間。

3 結束語

本文通過頂層含有摩天輪的特殊建筑，進行人員緊急疏散模擬分析，得出以下主要結論和建議，為今后頂層含有摩天輪的特殊建筑綜合樓制定消防安全管理措施提供參考。

在消防系統有效作用下，考慮疏散開始時間為180s，考慮人員疏散安全余量至少為行動時間的0.1倍，各樓層分別布置人員。除頂層外其他樓層中，樓層位置越高，人員疏散至室內安全區域所需時間越長，頂層因不受上部人員擁擠影響，疏散至安全區域的時間較短。

摩天輪登梯平臺具有獨立的疏散樓梯，雖然摩天輪乘客開始疏散時間會延遲，但是利用單獨疏散樓梯能夠減緩樓梯內的擁堵，摩天輪滿載情況下所有人員進入室內安全區域的時間最長，因為摩天輪轎廂旋轉時間較久，該區域所有人員疏散至室外的時間小于全樓其他區域疏散時間，因此整體上摩天輪不會造成全樓的疏散延時。

須確保疏散通道無堵塞，防火卷簾、疏散樓梯安全可用，疏散指示標志清晰醒目。定期組織商戶參加大型聯合緊急疏散演練，提高疏散效率。

參考文獻

[1]馮成吉.密集居民住宅消防設施規劃和滅火救援的運用[J].中國住宅設施，2023（7）：64-66．

[2]李晨旭，張振波，孫孟羽，等.高校多層宿舍人員疏散時間影響因素研究[J].技術與市場，2023，30（8）：84-89．

[3]朱前坤，李繼武，杜永峰.老舊教學樓火災場景人員疏散仿真研究[J].系統仿真學報，1-11[2023-08-18]

[4]王梓楠，符皓，張雪.基于Pathfinder的醫院門診樓疏散設計優化研究——以復興醫院門診部為例[J].中國建筑裝飾裝修，2023（14）：152-155.

[5]張興忠.高層建筑消防滅火救援難點與要點研究[J].今日消防，2023，8（5）：34-36．

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[7]常悅，薛利國，賈玉龍，等.基于Pathfinder高校學生公寓人員疏散模擬研究[J].呂梁學院學報，2023，13（2）：46-50．